Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Обследование и испытание сооруженийСтр 1 из 7Следующая ⇒
ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ СООРУЖЕНИЙ
Методические указания к практическим занятиям
Краснодар 2016 Составитель: канд. техн. наук, доц. А.А. Хорошев.
Обследование и испытание сооружений: Методические указания к практическим занятиям для студентов всех форм обучения специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений (специализация «Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений») / Сост.: А. А. Хорошев; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. строительных конструкций. – Краснодар: 2016. – 31 с.
Даны рекомендации по содержанию и порядку выполнения практических занятий, список рекомендуемой технической литературы.
Рецензенты: канд. техн. наук, доц. кафедры СК КубГТУ М.М. Тамов; канд. техн. наук, исп. директор НОУ ЦПК «Строитель» Х. С. Хунагов
СОДЕРЖАНИЕ
1 Введение. 4 2 Практическое занятие № 1. Ультразвуковой импульсный метод испытания бетона 4 2.1 Цель занятия. 4 2.2 Техническое обеспечение. 4 2.3 Краткие теоретические сведения. 4 2.4 Порядок работы на занятии: 6 2.5 Порядок выполнения индивидуального задания и подготовки отчета: 7 2.6 Вопросы для самоконтроля. 8 3 Занятие № 2 Вибрационный метод определения жесткости конструкции. 8 3.1 Цель занятия: 8 3.2 Техническое обеспечение работы: 8 3.3 Краткая теория. 9 3.4 Порядок работы на занятии. 11 4 Занятие № 3. Дефектоскопия конструкций. 12 4.1 Цель работы: 12 4.2 Техническое обеспечение занятия: 12 4.3 Краткая теория. 12 4.4 Порядок выполнения работы.. 14 5 Занятие № 4. Исследование действительной работы металлической фермы при действии статической нагрузки. 16 5.1 Цель занятия. 16 5.2 Техническое обеспечение работы: 16 5.3 Выполнение работы.. 17 5.3.1 Расчет. 17 5.3.2 Порядок экспериментальных испытаний. 22 5.3.3 Порядок обработки результатов. 22 5.4 Варианты индивидуальных заданий. 23 6 Занятие № 5. Статические испытания металлической балки. 25 6.1 Техническое обеспечение работы: 25 6.2 Цель работы.. 25 6.3 Содержание работы.. 26 6.3.1 Теоретический расчёт балки. 26 6.3.2 Экспериментальное испытание балки. 28
6.4 Варианты индивидуальных заданий. 29 Список рекомендуемой литературы.. 31
Методические указания предназначены для помощи студентам при выполнении практических занятий по дисциплине «Обследование и испытание сооружений». Занятия проводятся с академической группой (или подгруппой) под руководством преподавателя. Цель практических занятий: - закрепить теоретические знания, полученные на лекциях и при самостоятельном изучении литературы; - ознакомиться с устройством и принципом работы оборудования, измерительной аппаратуры и приборов; - ознакомиться с методами установки приборов на конструкции; приобрести навыки в пользовании приборами; - овладеть некоторыми основными методиками испытания конструкций и простейшими приёмами статистической обработки результатов испытаний. При сдаче зачета студент должен показать знание теоретического материала, а также основные навыки по использованию приборов и оборудования для обследовании и испытании сооружений.
1 Практическое занятие № 1. Цель занятия Научиться пользоваться приборами для определения прочности бетона неразрушающим ультразвуковым импульсным методом. Техническое обеспечение - бетонные кубы-образцы с ребром 10 см (промаркированные, из одной серии) - 3 шт.; - прибор ультразвуковой УИС-23; - дефектоскоп ультразвуковой а1212; - технический вазелин или солидол; - штангенциркуль или металлическая линейка; - гидравлический пресс ПСУ-250 (тс). Вопросы для самоконтроля 1. Что такое ультразвук? 2. Принципы генерации и регистрации ультразвука. 3. Зависимость скорости ультразвука от механических параметров материала. 4. Способы прозвучивания испытуемых образцов. 5. Как обеспечить акустический контакт прибора с обследуемой конструкцией?
2 Занятие № 2 Вибрационный метод определения жесткости конструкции 2.1 Цель занятия: Научиться определять изгибную жесткость балок с одной и бесконечным числом степеней свободы по измеренным частотам первой формы свободных поперечных колебаний. 2.2 Техническое обеспечение работы:
- стационарный универсальный испытательный стенд; - металлическая балка из двутавра N 10 пролетом 2,5 м; - груз весом 0,3 кН; - быстродействующий самопишущий прибор Н3031-4; - пьезоэлектрический датчик виброускорений; - молоток. Краткая теория Вибрационный метод, в основе которого лежит явление механических колебаний твердых тел, позволяет определить главные характеристики, обусловливающие несущую способность и деформативность изгибаемых элементов: - марку бетона; - предельную разрушающую нагрузку; - прогиб от нормативной нагрузки. Эти параметры определяются по частоте, амплитуде собственных колебаний конструкций и характеристике их затухания, поскольку известно, что колебания с частотой, присущей данной системе, зависят от ее массы, размеров конструкции и характера опирания. Этот метод применяется главным образом на ДСК при контроле изготовления отдельных конструкций. Прибором (виброметром) «Вист-2.3» определяют среднеквадратичное значение виброскорости, амплитуды и частоты колебаний виброустановок, используемых для изготовления железобетонных изделий, а также для измерения параметров вибрации. Собственная частота поперечных колебаний шарнирно опертой стальной однопролетной балки, являющейся системой с бесконечным числом степеней свободы, как известно из сопротивления материалов, определяется по формуле , (2.1) где i - номер формы колебаний; Es - модуль упругости материала балки, Es = 2,1*105 МПа; IХ- момент инерции сечения двутавровой балки № 10, Ix = 198 см4; m - распределенная (на 1 см длины балки) масса, определяемая по формуле m = P/(gl), здесь Р - вес балки, Р = 0,24 кН; g - ускорение свободного падения, g = 981см/с2; 1 - пролет балки, 1 = 250 см. Для первой формы, когда ось балки образует при колебании одну полуволну, формула (2.1) принимает вид , (2.2) отсюда жесткость балки равна
, (2.3) а момент инерции сечения , (2.4) Подставляя в формулы (2.3) и (2.4) значения входящих в них параметров, получаем , (2.5) . (2.6) Собственная частота поперечных колебаний шарнирно опертой стальной однопролетной балки с сосредоточенным грузом в середине пролета, являющейся системой с одной степенью свободы, с учетом распределенной массы от собственного веса балки, как известно из сопротивления материалов, определяется по формуле , (2.7) где - масса сосредоточенного груза, определяемая по формуле ; - вес груза, кН; - приведенная масса балки, определяемая по формуле . Формулу (2.7) можно записать в виде , (2.8) Отсюда жесткость балки равна , (2.9) а момент инерции сечения . (2.10) Подставляя в формулы (7.9) и (7.10) значения входящих в них параметров, получаем , (2.11) . (2.12)
Порядок работы на занятии Установить на испытательный стенд опытную стальную банку из двутавра № 10 пролетом 250 см; закрепить в середине ее пролета пьезоэлектрический датчик виброускорений. Подготовить прибор H3C31-4 к работе согласно инструкции (вста-вить диаграммную ленту в лентопротяжный механизм; заправить измери-тельный блок чернилами; соединить чернильницу с пишущим устрой-ством; установить пишущее устройство на нулевую линию ленты и распо-ложить трубку в вертикальной плоскости; через отверстие в пробке чер-нильницы прокачать чернила до появления капли на конце капилляра пи-шущего устройства; соединить клемму рабочего заземления, расположен-ного на задней крышке прибора, с шиной заземления; включить питание прибора и прогреть его в течение 5 мин; включить скорость перемещения ленты 100 мм/с; переключатель диапазонов измерений в измерительном канале поставить в положение 500 мВ/см; ручкой «УСТ 0» установить конец пишущего устройства на нулевую линию ленты; переключатель диапазонов измерений поставить в положение "КАЛИБР"; ручкой "УСИЛЕ-НИЕ" установить пишущее устройство на крайнюю линию записи (20 мм); переключатель диапазонов измерений поставить в положение "ОТКЛ"; подключить вход измерительного каната к пьезоэлектрическому датчику виброускорений на конструкции).
Ударить молотком по балке сверху вниз в середине пролета и зарегистрировать быстропротекающий колебательный процесс. Закрепить в середине пролета балки груз весом 0,3 кН. Вновь ударить молотком по балке и зарегистрировать быстропротекающий колебательный процесс. Определить по полученным виброграммам частоты колебаний (число колебаний в секунду) балки без груза и с сосредоточенным грузом, как средние значения для соответствующих измерений. Подставив в формулы (2.5), (2.6), (2.11) и (2.12) экспериментально полученные частоты свободных поперечных колебаний, определить значения изгибной жесткости и момента инерции сечения балки. Сделать выводы о соответствии полученных в двух опытах значений изгибной жесткости, а моменты инерции сопоставить со значением, взятым из сортамента.
Краткая теория Ультразвуковой метод является одним из неразрушающих методов выявления дефектов бетона конструкций в виде слабо уплотненных участков, пустот, раковин и т.п. Ультразвуковой прибор типа УК-ЮПМС (рис. 3.1) предназначен для неразрушающего контроля физико-механических характеристик строительных материалов, горных пород, изделий из пластмасс, строительной керамики, полимерных и композитных материалов, для контроля качества бетона как в готовых изделиях, так и в процессе его твердения на заводах сборного железобетона и строительных полигонах.
Работа прибора основана на излучении и приеме акустических волн, прохождение которых через изделие характеризует его физико-механические свойства. Прибор работает по заданному алгоритму в восьми режимах: "О"-автоматическая коррекция систематической погрешности измерения времени распространения УЗК; "1"-однократное измерение времени распространения УЗК и амплитуды первой полуволны, вычисление скорости распространения УЗК по заданной базе прозвучивания и измеренному времени распространения УЗК, прочности бетона с индикацией принятого аналогового сигнала; "2"-вычисление базы прозвучивания (режим толщиномера) по измеренному времени распространения УЗК в заданной скорости; "3"- обновление результатов контроля (в первом режиме с периодом повторения 10 с); "4"-индикация аналогового сигнала (при одновременной возможности смены данных); "5" - вывод результатов контроля (первого и третьего режимов) для документирования на цифропечатающем устройстве; "6"-автоматическое слежение за изменением времени распространения УЗК; "7"-вычисление скорости распространения УЗК по измеренному времени распространения УЗК с автоматическим вводом базы прозвучивания с сервисного устройства. Прибор выполнен на базе микропроцессора, что позволяет до минимума уменьшить количество органов управления и использовать электронно-лучевую трубку прибора в качестве дисплея для отображения в процессе контроля как аналогового сигнала, так и алфавитно-цифровой информации. Технические характеристики Производительность контроля - время одного измерения на стандартном образце не более 0,5 мин. Рабочие частоты 25, 60, 100, 150, 200, 400, 600, 1000 кГц. Погрешность измерения: временного интервала ±0,5%; амплитуды первой полуволны ±20%. Диапазон измерения времени распространения УЗК 10-5000 мкс. Диапазон отсчета скорости распространения УЗК 300-15 000 м/с. Диапазон отсчета базы прозвучивания 10-1000 мм. Пределы вычисления прочности бетона 10... 50 МПа. Питание - от сети переменного тока: напряжение 220 В, частота 50 Гц; от аккумуляторной батареи напряжением 12 В при продолжительности непрерывной работы 2 ч. Габаритные размеры 280х170х350 мм. Масса 9 кг. Вероятность безотказной работы в течение 1000 ч не менее 0,95. Условия эксплуатации: температура окружающего воздуха -10... +50°С, относительная влажность до 95% при 35°С и более низких температурах без конденсации влаги. В комплект поставки входят: прибор ультразвуковой типа УК-10ПМС, устройство сервисное, преобразователи пьезоэлектрические, отраслевые стандартные образцы, комплект ЗИП. Прибор ГСП УК-ЮПМС, применяемый для определения прочности бетона, можно использовать и в качестве дефектоскопа. При расположении на пути распространения ультразвукового импульса дефекта уменьшается скорость распространения продольных волн ультразвука, а также изменяется характер сигнала на экране электронно-лучевой трубки.
Существуют два метода ультразвуковой дефектоскопии бетона: сквозное прозвучивание и продольное профилирование. На данном занятии рассматривается первый метод. При определении наличия внутренних пустот в бетоне конструкции сквозным прозвучиванием сопоставляют время распространения ультразвука на разных участках, устанавливая зону резкого снижения скорости ультразвука. Эта зона соответствует месту расположения дефекта. Причем дефект может быть выявлен только в том случае, если его размеры не меньше диаметра преобразователя. Порядок выполнения работы Подготовить прибор ГСП УК-10ПМС к работе согласно инструкции (к моменту испытания уже проведена операция установки нуля по маркированным отраслевым стандартным образцам, входящим в комплект прибора). На двух противоположных боковых гранях каждой из призм сделать разметку согласно рис. 3.2 для последующей установки ультразвуковых преобразователей;
Операцию по прозвучиванию провести на обеих пластинах, зафиксировать время прохождения ультразвука через бетон; результаты прозвучивания занести в табл. 3.1. Таблица 3.1 Результаты прозвучивания призм
На двух противоположных боковых гранях каждой из пластин сделать разметку согласно рис. 3.2 для последующей установки ультразвуковых преобразователей.
Произвести последовательное прозвучивание обеих призм парой «излучатель-приемник», установленной в каждом створе узлов разметки, зафиксировать время прохождения ультразвука через бетон и определить местонахождение дефекта; результаты прозвучивания занести в табл. 3.1; На координатную сетку нанести узлы разметки пластин (точки установки преобразователей), проставить в узлах соответствующие значения времени прозвучивания и провести линии равных времен - изохроны; рассматривая изохроны, выделить зоны повышенных значений времени распространения ультразвука, где и находятся участки с дефектным бетоном. Цель занятия Исследовать напряжённое состояние элементов металлической фермы и её деформативность. 4.2 Техническое обеспечение работы: - стационарный универсальный испытательный стенд; - гидравлический домкрат (рис. 4.1, а); - насосная станция НСР-400 с маслопроводом (рис. 4.1, б); - динамометр системы Токаря (рис. 4.1, в);
- металлическая ферма из спаренных уголков № 2,5 пролетом 2,326 м; - четыре тензорезистора с базой 20 мм (рис. 4.2), приклеенные к элементам фермы; - металлическая деталь с наклеенным на нее компенсационным тензорезистором с базой 20 мм;
- тензорезистивный прибор ИДЦ-1 (рис. 4.3);
- прогибомер Максимова (рис. 4.4, а); - индикатор часового типа с кронштейном для его крепления (рис. 4.4, б).
В ходе занятия необходимо: - теоретически рассчитать усилия в элементах фермы и ее прогиб от единичной нагрузки P; - измерить вышеназванные параметры, загружая ферму нагрузкой P в диапазоне 0-14 кН с шагом 2 кН; - отобразить полученные результаты в виде таблиц и графиков; - проанализировать полученные результаты и сделать выводы. Выполнение работы Расчет Составляем геометрическую схему фермы и наносим расположение приборов (рис. 4.5). Характеристики фермы: см2; МПа; МПа.
Составляем расчётную схему фермы (рис. 4.6) в масштабе по размерам, приведённым на рис. 4.5. Примем направление обхода по часовой стрелке. Обозначим три области между внешними усилиями (Р, RA и RB) буквами C, D, E и внутренние области числами 1-6, тогда любой стержень фермы можно рассматривать как границу между двумя областями (например, стержень 1-2 - это первый восходящий раскос; стержень С-3 - это участок верхнего пояса, прилегающий к среднему узлу слева).
Построим диаграмму усилий Максвелла-Кремоны (рис. 4.7). Зададим масштаб усилий. Сначала построим многоугольник внешних сил. В среднем верхнем узле фермы приложена сила , реакции опор равны по 0,5. Из исходной точки E отложим в масштабе вертикально вверх реакцию RА=0,5 (вектор E-C, так как реакция отделяет область C от области E); из точки С вертикально вниз отложена сила Р=1 (вектор С-D), а из точки D - вертикально вверх реакция Rb=0,5 (вектор D-E). Таким образом, многоугольник внешних сил замкнулся. Построение многоугольника внутренних усилий начнем с левого верхнего узла фермы, в котором сходятся два стержня, - из точки С на диаграмме усилий проведены прямые, параллельные верхнему поясу С-1 и первой стойке С-1. Точка 1 совпала с точкой С и усилия в обоих стержнях нулевые. Область 2 граничит с областями 1 и E, поэтому из точки 1 диаграммы построена прямая, параллельная раскосу 1-2, а из точки E - прямая, параллельная нижнему поясу E-2, на их пересечении находится точка 2. Область 3 граничит с областями 2, С и 3, для получения точки 3 из точки 2 построена прямая, параллельная раскосу 2-3, а из точки С - прямая, параллельная верхнему поясу С-3, на их пересечении находится точка 3. Далее построены прямые, параллельные стержням 3-4 и D-4, 4-5 и E-5, на их пересечениях находятся точки 4 и 5. Проверкой правильности построения диаграммы является совпадение точек D и 6, т.е. когда прямая, проведённая из точки 5 параллельно раскосу 5-6, пересекает одновременно и прямую, параллельную стойке D-6, и прямую, параллельную верхнему поясу D-6 (проходит через точку D). Измеряя в масштабе длины соответствующих элементов диаграммы, получаем значения усилий в стержнях от Р=1 (единичные усилия). Для определения знака усилия (стержень сжат или растянут) существует простое правило. Проиллюстрируем его на примере стержня 1-2. Если выбрать один иэ двух концов этого стержня, например, нижний опорный узел фермы, и прочитать название стержня по часовой стрелке вокруг узла - 1-2 (а не 2-1!), посмотреть на диаграмму и представить, что движение происходит из точки 1 к точке 2 (а не из точки 2 к точке 1!); перенести это направление движения на стержень; если движение происходит в выбранный узел, то стержень сжат (как в нашем примере), если - из узла, то - растянут; растянутым стержням присвоен знак «плюс» сжатым – знак «минус» Знание этого простого правила позволяет определить вид напряжённого состояния в гораздо более сложных стержневых системах и с гораздо более сложными схемами приложения нагрузки, чем те, которые рассматриваются в настоящей работе. В графу 1 табл. 4.1 запишем наименования стержней фермы (за исключением нулевых их девять), в графу 2 - длины стержней (с рис. 4.5), в графу 3 - единичные усилия со своими знаками (с диаграммы), в графы 4 и 5 - значения величин, вычисленных по формулам в шапке таблицы (при вычислениях длины стержней взять в см, модуль упругости в кгс/см2, площадь сечения элементов решётки в см2, единичные усилия - безразмерные, тогда величины в графе 4 будут иметь размерность см/кгс, в графе 5 - 1/см2); величины в графе 5 - единичные напряжения в сечениях). Запишем в графе 5 рядом со значениями единичных напряжений наименования четырёх тензорезисторов, которым они соответствуют. Определить теоретические значения напряжений в местах наклейки тензорезисторов по формуле , (4.1) для этого взять из графы 5 значения единичных напряжений по соответствующим тензорезисторам и умножить их на значения Р, меняющиеся от 0 до 14 кН (14 000 кгс) через 2 кН; полученные в кгс/см2 значения перевести в МПа и записать в графы 5, 10, 15 и 20 табл. 4.2; Таблица 4.1
Определим теоретические значения прогиба фермы в середине пролёта по формуле . (4.2) Из всех величин, входящих в формулу (4.2), лишь Р является величиной переменной; второй множитель, находящийся под знаком алгебраической суммы, может быть получен сложением значений, занесённых в графу 4 табл. 4.1 (кроме значения, соответствующего стержню 6-7, так как прогиб определяется в предположении, что сила Р приложена в нижнем среднем узле); эту сумму умножить на значения Р, меняющиеся от 0 до 14 кН (14000 кгс) через 2кН; полученные в см значения прогиба перевести в миллиметры и записать в графу 25 табл. 4.2; Построим графики теоретических зависимостей напряжений от нагрузки (рис. 4.8). По оси ординат отложим значения Р (от 0 до 14 кН), по оси абсцисс вправо от оси ординат - растягивающие напряжения (в местах наклейки тензорезисторов Тг-1 и Тг-4), влево от оси ординат - сжимающие напряжения (в местах наклейки тензорезисторов Тг-2 и Тг-3), зависимости - линейные, поэтому графики будут в виде прямых линий. Напишем над каждым графиком, какому тензорезистору он соответствует. Построим теоретическую зависимость прогиба фермы от нагрузки (рис. 4.9). Таблица 4.2 Окончание табл. 4.2
Варианты индивидуальных заданий В табл. 4.3 в колонках, обозначенных числами «2», «7», «12», «17» и «22» для каждого варианта, содержатся данные, полученные экспериментально. Их необходимо скопировать в соответствующие графы табл. 4.1.
Таблица 4.3
Окончание таблицы 4.3
|